DE102019008286B4

DE102019008286B4 - Getriebe für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einem solchen Getriebe

Info

Publication number: DE102019008286B4
Application number: DE102019008286.9A
Authority: DE
Inventors: Dieter Slapak
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2039-11-29
Also published as: DE102019008286A1; SE1950021A1

Abstract

Getriebe (4) für ein Fahrzeug (1), wobei das Getriebe (4) umfasst:eine zum Verbinden mit einer Antriebseinheit (6) ausgebildete Eingangswelle (12), wobei die Eingangswelle (12) über eine Vorgelegewelle (22) und ein mit einer Hauptwelle (16) verbindbares zweites Zahnradpaar (G2) mit der Hauptwelle (16) verbindbar ist;eine mit der Hauptwelle (16) verbundene erste Rangegetriebegruppe (RG1);eine mit der ersten Rangegetriebegruppe (RG1) verbundene Abtriebswelle (21);ein mit der Eingangswelle (12) verbundenes erstes Zahnradpaar (G1), wobei die Vorgelegewelle (22) mit dem ersten Zahnradpaar (G1) verbindbar und mit dem zweiten Zahnradpaar (G2) verbunden ist, undein mit der Eingangswelle (12) verbindbares und mit der Vorgelegewelle (22) verbundenes drittes Zahnradpaar (G3), wobei das dritte Zahnradpaar (G3) zusammen mit dem ersten Zahnradpaar (G1) Getriebestufen in einer Hauptgetriebegruppe (MG) im Getriebe (4) darstellt und wobei das dritte Zahnradpaar (G3) zusammen mit dem zweiten Zahnradpaar (G2) eine zweite Rangegetriebegruppe (RG2) im Getriebe (4) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass- die Eingangswelle (12) dazu ausgebildet ist, sich in einem Teil von einem ersten Endstück (26) der Eingangswelle (12), das zum Anordnen außerhalb eines Getriebegehäuses (27) des Getriebes (4) ausgebildet ist, bis zu einem zweiten Endstück (28) der Eingangswelle (12) zu erstrecken, das zum drehbaren Verbinden mit der Hauptwelle (16) in einer Position zwischen erster und zweiter Rangegetriebegruppe (RG1, RG2) ausgebildet ist,- ein erstes Lager (48) zwischen der Hauptwelle (16) und einem Getriebegehäuse (27) des Getriebes (4) an einer Stelle zwischen der ersten und zweiten Rangegetriebegruppe (RG1, RG2) angeordnet ist,- ein zweites Lager (50) zwischen der Eingangswelle (12) und der Hauptwelle (16) angeordnet ist, und- das zweite Lager (50) radial im ersten Lager (48) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Fahrzeug gemäß den beigefügten Ansprüchen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug gemäß den beigefügten Ansprüchen.
HINTERGRUND
Fahrzeuge und insbesondere Schwerlastfahrzeuge, etwa Lastkraftwagen, sind üblicherweise mit einem mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Getriebe ausgestattet, wobei das Getriebe ein Automatikgetriebe, ein Handschaltgetriebe oder eine Kombination daraus sein kann. Bei einem automatisierten Handschaltgetriebe wird das Getriebe von einer elektronischen Steuervorrichtung gesteuert. Solch ein Getriebe kann mit einer Hauptgetriebe ausgestattet sein, das eine Hauptwelle aufweist. Eine Vorgelegewelle ist parallel zur Hauptwelle angeordnet. Die Hauptwelle ist über die Vorgelegewelle mit einer Eingangswelle und mit einer Abtriebswelle im Getriebe über eine Rangegetriebevorrichtung verbindbar, wenn solch eine Rangegetriebevorrichtung in das Getriebe integriert ist. Die Rangegetriebevorrichtung kann eine separate Vorrichtung darstellen statt in das Getriebe integriert zu sein. Das Getriebe kann ebenfalls mit einer Splitgetriebevorrichtung, angeordnet zwischen der Eingangswelle und der Vorgelegewelle, ausgestattet sein.
Bei Getrieben dieser Art sind die Synchronisationsvorrichtungen, welche konische Synchronisationsringe und Kupplungsringe umfassen, durch mit Keilen versehene Kupplungshülsen ersetzt, die axial verschoben werden, um in auf der Hauptwelle angeordnete Zahnräder einzugreifen. Jedes auf der Hauptwelle angeordnete Zahnrad greift in entsprechende Zahnradelemente ein, die fest an der Vorgelegewelle befestigt sind. Beim Schalten wird die Kupplungshülse axial verschoben, um in auf einem wählbaren Zahnrad angeordnete Kupplungszähne einzugreifen, um das Zahnrad mit der Hauptwelle zu verbinden und es auf der Hauptwelle gegen Drehung zu sperren.
Die Rangegetriebevorrichtung ist üblicherweise zwischen dem Hauptgetriebe und einer mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs gekoppelten Kardanwelle angeordnet. Die Rangegetriebevorrichtung befindet sich in einem Getriebegehäuse und umfasst eine mit dem Hauptgetriebe gekoppelte Eingangswelle sowie eine Abtriebswelle; zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle ist ein Planetengetriebe der Rangegetriebevorrichtung angeordnet. Das Planetengetriebe umfasst üblicherweise drei Komponenten, die relativ zueinander drehbar angeordnet sind, nämlich ein Sonnenrad, einen Planetenradträger mit Planetenrädern und ein Hohlrad. Bei Kenntnis der Zahl von Zähnen des Sonnenrads und des Hohlrads kann die relative Drehzahl der drei Komponenten während des Betriebs bestimmt werden. In einer Rangegetriebevorrichtung kann das Sonnenrad drehbar mit der Eingangswelle, einer Anzahl von Planetenrädern, die in das Sonnenrad eingreifen, wobei die Planetenräder drehbar auf dem Planetenradträger montiert sind, der mit der Abtriebswelle verbunden ist, und einem axial verschiebbaren Hohlrad verbunden sein, das die Planetenräder umgibt und in diese eingreift.
Durch Steuern des Getriebes auf synchrone Drehzahl zwischen den zwei zu verbindenden Komponenten wird ein axiales Verschieben der Kupplungshülse entlang der zwei Komponenten ermöglicht, um diese zu verbinden. Wenn die Komponenten gelöst werden sollen, wird das Getriebe so gesteuert, dass ein Drehmoment-Gleichgewicht zwischen den Komponenten auftritt, so dass die Kupplungshülse kein Drehmoment überträgt. Die Kupplungshülse kann dann axial entlang der Komponenten bewegt werden, um diese voneinander zu trennen.
Das Drehmoment-Gleichgewicht ist ein Zustand, in dem ein Drehmoment auf das Hohlrad wirkt, welches dem Produkt des auf den Planetenradträger wirkenden Drehmoments und des Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes entspricht, während ein Drehmoment auf das Sonnenrad wirkt, welches dem Produkt des auf den Planetenradträger wirkenden Drehmoments und (1 - dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes) entspricht. Wenn zwei der Komponenten der Gruppe umfassend Planetengetriebe, Sonnenrad, Hohlrad und Planetenradträger durch eine Kupplungshülse gekoppelt sind, überträgt die Kupplungshülse kein Drehmoment zwischen den Planetengetriebeelementen, wenn ein Drehmoment-Gleichgewicht vorliegt. Somit kann die Kupplungshülse leicht verschoben werden und die Planetengetriebekomponenten können gelöst werden.
Das Dokument US 2015/0345603 A1 betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe mit zwei Teilgetrieben, jeweils mit einer Eingangswelle. Die Eingangswellen sind an einer Antriebsseite einer Eingangsachse angeordnet. Die zwei Teilgetriebe haben eine einzige Abtriebswelle. Eine Vorgelegewelle-Baugruppe weist zwei auf einer Gegenwellenachse ausgerichtete Vorgelegewellen auf. Eine auf der Eingangsachse angeordnete Hauptwelle kann über Rangegruppen mit der Abtriebswelle verbunden werden. Wenigstens eine der Eingangswellen kann über wenigstens eines aus einer Zahnradebene, ein Schaltelement und der Hauptwelle mit der Abtriebswelle verbunden sein. Drei Schalteinrichtungen sind vorhanden, wobei höchstens eine der Schalteinrichtungen auf der Vorgelegewellenachse angeordnet ist. Die ersten drei Schalteinrichtungen sind bezüglich des Drehmomentflusses stromabwärts der Antriebsseite des Getriebes auf der Eingangsachse angeordnet.
Aus der DE 198 31 293 A1 ist ein gattungsgemäßes Getriebe bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Trotz des Stands der Technik besteht ein Bedarf zum Entwickeln eines Getriebes für ein Fahrzeug, wobei das Getriebe kleine Abmessungen aufweist und eine geringe Energiemenge in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs erfordert. Es besteht ebenfalls ein Bedarf zum Entwickeln eines Getriebes für ein Fahrzeug, in dem Getriebekomponenten effizient genutzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit im Bereitstellen eines Getriebes für ein Fahrzeug, wobei das Getriebe kleine Abmessungen aufweist und eine geringe Energiemenge in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs erfordert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht im Bereitstellen eines Getriebes für ein Fahrzeug, in dem Getriebekomponenten effizient genutzt werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht im Bereitstellen eines Fahrzeugs mit einem solchen Getriebe.
Die hier genannten Aufgaben werden mit einem Getriebe für ein Fahrzeug erfüllt, das die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Getriebes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die hier genannten Aufgaben werden ebenfalls mit einem Fahrzeug erfüllt, das ein solches Getriebe aufweist.
Dieses Getriebe hat kleine Abmessungen und erfordert eine geringe Energiemenge in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs. Zusätzlich werden in solch einem Getriebe Komponenten effizient genutzt. Das Fahrzeug mit einem solchen Getriebe profitiert von geringerem Energieverbrauch aufgrund der im Antriebsstrang erforderlichen geringeren Energiemenge und aufgrund der effizienten Nutzung der Getriebekomponenten.
Die erste und zweite Rangegetriebegruppe statten das Getriebe mit einer Vielzahl von wählbaren Gangstufen und Getriebekombinationen für das dritte Zahnradpaar zusammen mit dem ersten Zahnradpaar in der Hauptgetriebegruppe des Getriebes aus. Dies verbessert die Fahrbarkeit des Fahrzeugs und erhöht den Komfort für Insassen im Fahrzeug.
Da das dritte Zahnradpaar und das erste Zahnradpaar zusammen Getriebestufen in der Hauptgetriebegruppe darstellen und das dritte Zahnradpaar und das zweite Zahnradpaar zusammen eine zweite Rangegetriebegruppe darstellen, wird das dritte Zahnradpaar für verschiedene Zwecke im Getriebe effizient genutzt. Diese Flexibilität wird ermöglicht, weil das das dritte Zahnradpaar mit der Eingangswelle und der Vorgelegewelle verbindbar ist. Das verbindbare dritte Zahnradpaar ermöglicht ein Verbinden und Trennen des dritten Zahnradpaares auf der Eingangswelle und auf der Vorgelegewelle. Somit kann entsprechend den Fahrbedingungen des Fahrzeugs das dritte Zahnradpaar mit der Eingangswelle oder der Vorgelegewelle verbunden oder von diesen getrennt werden, um ein Teil der Getriebestufen in der Hauptgetriebegruppe oder ein Teil der zweiten Rangegetriebegruppe zu sein.
Zusätzliche Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung gehen für einen Fachmann aus den folgenden Details und beim Umsetzen der Erfindung hervor. Trotz der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung versteht es sich, dass die Erfindung gegebenenfalls nicht auf die spezifisch beschriebenen Details beschränkt ist. Einem Fachmann mit dem einschlägigen Wissen sind weitere Anwendungen, Modifizierungen und Umsetzungen auf anderen Gebieten klar, die im Umfang der Erfindung liegen.
Figurenliste
Es folgt eine Beschreibung von beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 schematisch ein mit einem Getriebe gemäß einer Ausführungsform ausgestattetes Fahrzeug zeigt;
2 schematisch ein Getriebe gemäß einer Ausführungsform zeigt; und
3 schematisch ein Getriebe gemäß einer Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Getriebe gemäß der vorliegenden Offenbarung hat kleine Abmessungen und erfordert eine geringe Energiemenge in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs. Ferner werden die Komponenten im Getriebe effizient genutzt. Das Fahrzeug mit einem solchen Getriebe profitiert von geringerem Energieverbrauch aufgrund der im Antriebsstrang erforderlichen geringeren Energiemenge und aufgrund der effizienten Nutzung der Getriebekomponenten.
Das Getriebe ist für ein Fahrzeug ausgebildet. Das Fahrzeug kann eine beliebige Art von Fahrzeug sein. Somit kann das Fahrzeug ein Schwerlastfahrzeug, etwa ein Lastkraftwagen oder ein Bus, sein. Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle, die zum Verbinden mit einer Antriebseinheit ausgebildet ist. Die Antriebseinheit kann ein Verbrennungsmotor oder eine elektrische Maschine oder eine Kombination daraus sein. Eine steuerbare Kupplung kann zwischen der Antriebseinheit und der Eingangswelle des Getriebes angeordnet sein, so dass die Antriebseinheit während bestimmter Fahrbedingungen, etwa Leerlauf, Schalten oder Anlassen der Antriebseinheit, vom Getriebe getrennt werden kann. Die Hauptwelle kann mit der Eingangswelle durch ein Lager verbindbar sein, so dass sich die Eingangswelle und die Hauptwelle mit verschiedenen Geschwindigkeiten relativ zueinander drehen können. Die Abtriebswelle kann mit der ersten Rangegetriebegruppe verbindbar sein. Die erste Rangegetriebegruppe kann die verfügbaren Getriebestufen im Getriebe verdoppeln. Die Abtriebswelle kann Drehmoment von der ersten Rangegetriebegruppe im Getriebe auf beispielsweise Räder des Fahrzeugs übertragen. Das erste Zahnradpaar ist mit der Eingangswelle und mit der Vorgelegewelle verbindbar. Das zweite Zahnradpaar ist mit der Hauptwelle und mit der Vorgelegewelle verbindbar. Das dritte Zahnradpaar ist mit der Eingangswelle und der Vorgelegewelle verbindbar. Die Definition von „verbindbar“ in diesem Zusammenhang ist, dass die Zahnradpaare mit der jeweiligen Welle verbunden und von dieser getrennt werden können. Das dritte Zahnradpaar stellt zusammen mit dem ersten Zahnradpaar Getriebestufen in einer Hauptgetriebegruppe im Getriebe dar. Gemäß einem Beispiel kann das erste Zahnradpaar Drehmoment und Drehzahl von der Eingangswelle auf die Vorgelegewelle übertragen. Das dritte Zahnradpaar kann dieses Drehmoment und diese Drehzahl von der Vorgelegewelle weiter auf die Hauptwelle übertragen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann das dritte Zahnradpaar Drehmoment und Drehzahl von der Eingangswelle auf die Vorgelegewelle übertragen. Das zweite Zahnradpaar kann dieses Drehmoment und diese Drehzahl von der Vorgelegewelle weiter auf die Hauptwelle übertragen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann das dritte Zahnradpaar von der Eingangswelle und/oder der Vorgelegewelle getrennt werden. Drehmoment und Drehzahl können gemäß diesem weiteren Beispiel mit dem ersten Zahnradpaar von der Eingangswelle auf die Vorgelegewelle übertragen werden. Das zweite Zahnradpaar kann dieses Drehmoment und diese Drehzahl von der Vorgelegewelle weiter auf die Hauptwelle übertragen. Das dritte Zahnradpaar stellt zusammen mit dem zweiten Zahnradpaar eine zweite Rangegetriebegruppe im Getriebe dar.
Wenn das zweite Zahnradpaar mit der Hauptwelle und der Vorgelegewelle verbunden ist und das dritte Zahnradpaar von der Hauptwelle getrennt ist, ist die zweite Rangegetriebegruppe in eine niedrige Rangegetriebestellung geschaltet. In der niedrigen Rangegetriebestellung erfolgt ein Herunterschalten in der zweiten Rangegetriebegruppe.
Wenn das zweite Zahnradpaar von der Hauptwelle und/oder der Vorgelegewelle getrennt ist und das dritte Zahnradpaar mit der Hauptwelle verbunden ist, ist die zweite Rangegetriebegruppe in eine hohe Rangegetriebestellung geschaltet. In der hohen Rangegetriebestellung beträgt das Übersetzungsverhältnis 1:1 oder ein Hochschalten in der zweiten Rangegetriebegruppe erfolgt.
Die erste und zweite Rangegetriebegruppe statten das Getriebe mit einer Vielzahl von wählbaren Getriebestufen und Getriebekombinationen für das dritte Zahnradpaar zusammen mit dem ersten Zahnradpaar in der Hauptgetriebegruppe des Getriebes aus. Dies verbessert die Fahrbarkeit des Fahrzeugs und erhöht den Komfort für Insassen im Fahrzeug.
Da das dritte Zahnradpaar und das erste Zahnradpaar zusammen Getriebestufen in der Hauptgetriebegruppe darstellen und das dritte Zahnradpaar und das zweite Zahnradpaar zusammen eine zweite Rangegetriebegruppe bilden, wird das dritte Zahnradpaar für verschiedene Zwecke im Getriebe effizient genutzt. Da das dritte Zahnradpaar mit der Eingangswelle und der Vorgelegewelle verbindbar ist, wird diese Flexibilität ermöglicht. Das verbindbare dritte Zahnradpaar ermöglicht ein Verbinden und Trennen des dritten Zahnradpaares auf der Eingangswelle und/oder auf der Vorgelegewelle. Somit kann entsprechend den Fahrbedingungen des Fahrzeugs das dritte Zahnradpaar mit der Eingangswelle und/oder der Vorgelegewelle verbunden oder von diesen getrennt werden, um ein Teil der Getriebestufen in der Hauptgetriebegruppe oder ein Teil der zweiten Rangegetriebegruppe zu sein.
Gemäß einem Aspekt umfasst das dritte Zahnradpaar ein drittes Zahnrad, das mit der Eingangswelle verbindbar und von dieser trennbar ist.
Das dritte Zahnrad kann mit der Eingangswelle mittels einer dritten axial verschiebbaren Hülse, die mit Keilen versehen ist, verbunden und von dieser getrennt werden. Die Keile der Hülse sind zum Verbinden mit entsprechenden Keilen auf dem dritten Zahnrad und der Eingangswelle beim Verbinden des dritten Zahnrads mit der Eingangswelle ausgebildet. Die dritte axial verschiebbare Hülse ist zum Übertragen von Drehmoment ausgebildet. Das Verbinden des dritten Zahnrads mit der Eingangswelle bedeutet, dass ein Gang im Getriebe eingelegt ist. Vor dem Verbinden des dritten Zahnrads mit der Eingangswelle wird die Drehzahl des dritten Zahnrads und der Eingangswelle synchronisiert. Anschließend wird die Hülse axial verschoben, um in die Keile des dritten Zahnrads einzugreifen. Beim Trennen des dritten Zahnrades und der Eingangswelle und somit Ausrücken eines Gangs im Getriebe wird die dritte axial verschiebbare Hülse in der axialen Richtung der Eingangswelle verschoben und somit trennen sich die Keile der Hülse von den Keilen des dritten Zahnrads. Vor dem Trennen des dritten Zahnrads von der Eingangswelle wird ein Drehmoment-Gleichgewicht zwischen dem dritten Zahnrad und der Eingangswelle hergestellt. Wenn die dritte axial verschiebbare Hülse kein Drehmoment mehr zwischen dem dritten Zahnrad und der Eingangswelle überträgt, kann die Hülse axial verschoben werden, um das dritte Zahnrad von der Eingangswelle zu trennen.
Gemäß einem Aspekt ist das dritte Zahnrad drehbar in Bezug auf die Eingangswelle angeordnet.
Wenn das dritte Zahnrad von der Eingangswelle getrennt ist, kann sich das dritte Zahnrad frei in Bezug auf die Eingangswelle drehen. Ein geeignetes Lager kann oder geeignete Lager können zwischen dem dritten Zahnrad und der Eingangswelle angeordnet sein, um die Reibung und Wärmeerzeugung zwischen dem dritten Zahnrad und der Eingangswelle zu verringern, wenn sich das dritte Zahnrad in Bezug auf die Eingangswelle dreht. Wenn das dritte Zahnrad mit der Eingangswelle verbunden ist, drehen sich das dritte Zahnrad und die Eingangswelle mit der gleichen Geschwindigkeit. Drehmoment kann zwischen dem dritten Zahnrad und der Eingangswelle übertragen werden, wenn das dritte Zahnrad mit der Eingangswelle verbunden ist. Wenn das dritte Zahnrad von der Eingangswelle getrennt ist, kann kein Drehmoment zwischen dem dritten Zahnrad und der Eingangswelle übertragen werden. Die Eingangswelle kann sich mit einer Drehzahl drehen und das dritte Zahnrad kann sich mit einer anderen Drehzahl drehen, wenn das dritte Zahnrad von der Eingangswelle getrennt ist. Dies ist möglich, da das dritte Zahnrad von der Vorgelegewelle über das dritte Zahnradpaar angetrieben werden kann.
Gemäß einem Aspekt ist das dritte Zahnrad zum Verbinden mit der Hauptwelle in einer hohen Rangegetriebestellung der zweiten Rangegetriebegruppe ausgebildet.
Wenn das dritte Zahnradpaar mit der Hauptwelle verbunden ist, ist die zweite Rangegetriebegruppe in eine hohe Rangegetriebestellung geschaltet. In der hohen Rangegetriebestellung kann das Übersetzungsverhältnis 1:1 betragen. Alternativ erfolgt in der hohen Rangegetriebestellung ein Hochschalten in der zweiten Rangegetriebegruppe. In der hohen Rangegetriebestellung ist das zweite Zahnradpaar von der Hauptwelle und/oder der Vorgelegewelle getrennt.
Das dritte Zahnrad kann mit der Hauptwelle mittels einer zweiten axial verschiebbaren Hülse, die mit Keilen versehen ist, verbunden und von dieser getrennt werden. Die Keile der Hülse sind zum Verbinden mit entsprechenden Keilen auf dem dritten Zahnrad und der Eingangswelle beim Verbinden des dritten Zahnrads mit der Hauptwelle ausgebildet. Die zweite axial verschiebbare Hülse ist zum Übertragen von Drehmoment ausgebildet. Das Verbinden des dritten Zahnrads mit der Hauptwelle bedeutet, dass die zweite Rangegetriebegruppe in eine hohe Rangegetriebestellung geschaltet wird. Vor dem Verbinden des dritten Zahnrads mit der Hauptwelle wird die Drehzahl des dritten Zahnrads und der Hauptwelle synchronisiert. Anschließend wird die Hülse axial verschoben, um in die Keile des dritten Zahnrads einzugreifen. Beim Trennen des dritten Zahnrads von der Hauptwelle und somit Schalten der zweiten Rangegetriebegruppe in eine niedrige Rangegetriebestellung wird die zweite axial verschiebbare Hülse in der axialen Richtung der Hauptwelle verschoben und somit trennen sich die Keile der Hülse von den Keilen des dritten Zahnrads. Vor dem Trennen des dritten Zahnrads von der Eingangswelle wird ein Drehmoment-Gleichgewicht zwischen dem dritten Zahnrad und der Hauptwelle hergestellt. Wenn die zweite axial verschiebbare Hülse kein Drehmoment mehr zwischen dem dritten Zahnrad und der Hauptwelle überträgt, kann die Hülse axial verschoben werden, um das dritte Zahnrad von der Hauptwelle zu trennen.
Gemäß einem Aspekt umfasst das zweite Zahnradpaar ein zweites Zahnrad, das mit der Hauptwelle verbindbar und von dieser trennbar ist.
Das zweite Zahnrad kann mit der Hauptwelle mittels der zweiten axial verschiebbaren Hülse, die mit Keilen versehen ist, verbunden und von dieser getrennt werden. Die Keile der Hülse sind zum Verbinden mit entsprechenden Keilen auf dem zweiten Zahnrad und der Hauptwelle beim Verbinden des zweiten Zahnrads mit der Hauptwelle ausgebildet. Die zweite axial verschiebbare Hülse ist zum Übertragen von Drehmoment ausgebildet. Das Verbinden des zweiten Zahnrads mit der Hauptwelle bedeutet, dass in eine niedrige Rangegetriebestellung in der zweiten Rangegetriebegruppe geschaltet wird. Vor dem Verbinden des zweiten Zahnrads mit der Hauptwelle wird die Drehzahl des zweiten Zahnrads und der Hauptwelle synchronisiert. Anschließend wird die Hülse axial verschoben, um in die Keile des zweiten Zahnrads einzugreifen. Beim Trennen des zweiten Zahnrads und der Hauptwelle und somit Schalten der zweiten Rangegetriebegruppe in eine hohe Rangegetriebestellung wird die zweite axial verschiebbare Hülse in der axialen Richtung der Hauptwelle verschoben und somit trennen sich die Keile der Hülse von den Keilen des zweiten Zahnrads. Vor dem Trennen des zweiten Zahnrads von der Hauptwelle wird ein Drehmoment-Gleichgewicht zwischen dem zweiten Zahnrad und der Hauptwelle hergestellt. Wenn die zweite axial verschiebbare Hülse kein Drehmoment mehr zwischen dem zweiten Zahnrad und der Hauptwelle überträgt, kann die Hülse axial verschoben werden, um das zweite Zahnrad von der Hauptwelle zu trennen.
Die zweite axial verschiebbare Hülse, die zum Verbinden des zweiten Zahnrads mit der Hauptwelle und Trennen von dieser ausgebildet ist, kann die gleiche Hülse sein, die zum Verbinden des dritten Zahnrads mit der Hauptwelle und Trennen von dieser ausgebildet ist.
Gemäß einem Aspekt ist das zweite Zahnrad drehbar in Bezug auf die Hauptwelle angeordnet.
Wenn das zweite Zahnrad von der Hauptwelle getrennt ist, kann sich das zweite Zahnrad frei relativ zur Hauptwelle drehen. Ein geeignetes Lager kann oder geeignete Lager können zwischen dem zweiten Zahnrad und der Hauptwelle angeordnet sein, um die Reibung und Wärmeerzeugung zwischen dem zweiten Zahnrad und der Hauptwelle zu verringern, wenn sich das zweite Zahnrad relativ zur Hauptwelle dreht. Wenn das zweite Zahnrad mit der Hauptwelle verbunden ist, drehen sich das zweite Zahnrad und die Hauptwelle mit der gleichen Geschwindigkeit. Drehmoment kann zwischen dem zweiten Zahnrad und der Hauptwelle übertragen werden, wenn das zweite Zahnrad mit der Hauptwelle verbunden ist. Wenn das zweite Zahnrad von der Hauptwelle getrennt ist, kann kein Drehmoment zwischen dem zweiten Zahnrad und der Hauptwelle übertragen werden. Die Hauptwelle kann sich mit einer Drehzahl drehen und das zweite Zahnrad kann sich mit einer anderen Drehzahl drehen, wenn das zweite Zahnrad von der Hauptwelle getrennt ist. Dies ist möglich, da das zweite Zahnrad von der Vorgelegewelle über das zweite Zahnradpaar angetrieben werden kann.
Ein erstes Lager ist zwischen der Hauptwelle und einem Getriebegehäuse des Getriebes an einer Stelle zwischen der ersten und zweiten Rangegetriebegruppe angeordnet.
Die Hauptwelle ist mit der ersten und zweiten Rangegetriebegruppe verbunden. An einer Stelle zwischen der ersten und zweiten Rangegetriebegruppe ist die Hauptwelle mittels des ersten Lagers drehbar in Bezug auf das Getriebegehäuse angeordnet. Diese Anordnung sorgt für Stabilität der Hauptwelle, was dazu führt, dass die Hauptwelle mit kleinen Abmessungen und geringem Gewicht ausgelegt werden kann. Das erste Lager kann ein Kugellager sein.
Ein zweites Lager ist zwischen der Eingangswelle und der Hauptwelle angeordnet.
Die Hauptwelle ist mit der Eingangswelle durch ein Lager drehbar verbunden, so dass sich die Eingangswelle und die Hauptwelle mit verschiedenen Geschwindigkeiten relativ zueinander drehen können. Dies ist zweckmäßig, da Drehzahl und Drehmoment von der Eingangswelle auf die Vorgelegewelle über das erste oder das dritte Zahnrad und weiter auf die Hauptwelle über die zweiten Zahnradpaare übertragen werden können. Da die Übersetzungsverhältnisse von erstem, zweitem und drittem Zahnradpaar verschieden sein können, kann die Drehzahl von Eingangs- und Hauptwelle verschieden sein. Wenn das zweite Lager zwischen der Eingangs- und Hauptwelle angeordnet ist, können sich diese mit verschiedenen Drehzahlen relativ zueinander drehen. Das zweite Lager kann ein Kugellager sein.
Das zweite Lager ist radial im ersten Lager angeordnet.
Das erste und zweite Lager können an der gleichen axialen Position längs der Eingangs- und Hauptwelle angeordnet sein. Das zweite Lager ist radial im ersten Lager angeordnet. Somit sollten auf die Eingangswelle wirkende Biegekräfte hauptsächlich durch das erste und zweite Lager als radial gerichtete Kräfte übertragen werden. Daher können das erste und zweite Lager mit kleineren Abmessungen im Vergleich zu einer Situation, in der die Biegekräfte von der Eingangswelle sowohl zu radialen als auch axialen Kräften auf die Lager führen, ausgelegt werden.
Die Eingangswelle ist dazu ausgebildet, sich in einem Teil von einem ersten Endstück der Eingangswelle, das zum Anordnen außerhalb eines Getriebegehäuses des Getriebes ausgebildet ist, bis zu einem zweiten Endstück der Eingangswelle zu erstrecken, das zum drehbaren Verbinden mit der Hauptwelle in einer Position zwischen erster und zweiter Rangegetriebegruppe ausgebildet ist.
Solch eine Eingangswelle verläuft nahezu vollständig in einem Teil durch das Getriebe. Dies resultiert in einer Eingangswelle mit einem kleineren Durchmesser im Vergleich zu einer aus mehreren Teilen bestehenden Welle. Die Stabilität des Getriebes nimmt aufgrund der einteiligen Eingangswelle zu. Lager zwischen den Zahnrädern, die drehbar auf der Eingangswelle angeordnet sind, können einen kleineren Durchmesser aufweisen. Dies erhöht die Effizienz des Getriebes.
Gemäß einem Aspekt ist die erste Rangegetriebegruppe ein Planetengetriebe, das zwischen einer niedrigen Rangegetriebestellung, einer hohen Rangegetriebestellung und einer Rückwärtsgangstellung wechseln kann.
Ein Planetengetriebe kann kleine Abmessungen aufweisen und das Planetengetriebe kann dennoch ein großes Übersetzungsverhältnis liefern. Zusätzlich kann das Planetengetriebe ein geringes Gewicht haben und dennoch ein großes Übersetzungsverhältnis liefern. Die kleinen Abmessungen und das geringe Gewicht des Planetengetriebes kann die Gesamtabmessungen des Getriebes verringern und ebenfalls den Kraftstoffverbrauch der mit dem Getriebe verbundenen Antriebsquelle senken. Zusätzlich zu hoher und niedriger Getriebestellung kann das Planetengetriebe mit einer Rückwärtsgangstellung ausgestattet sein. Wenn das Planetengetriebe in die Rückwärtsgangstellung geschaltet wird, dreht sich die Abtriebswelle in der entgegengesetzten Richtung im Vergleich zu der Drehrichtung, wenn das Planetengetriebe in hohe und niedrige Rangegetriebestellung geschaltet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ferner ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug das zuvor beschriebene Getriebe aufweist.
Solch ein mit dem Getriebe ausgestattetes Fahrzeug kann die Fahrbarkeit des Fahrzeugs verbessern und den Komfort für Insassen im Fahrzeug erhöhen. Darüber hinaus kann der Kraftstoffverbrauch der mit dem Getriebe verbundenen Antriebseinheit im Fahrzeug gesenkt werden.
Die vorliegende Offenbarung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren weiter dargestellt.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, beispielsweise eines Lastkraftwagens, mit einem Antriebsstrang 2, der mit einem Getriebe 4 gemäß einer Ausführungsform ausgestattet ist. Der Antriebsstrang 2 umfasst auch eine Antriebseinheit 6, etwa einen Verbrennungsmotor, die mit dem Getriebe 4 verbunden ist. Das Getriebe 4 ist ferner über eine Kardanwelle 10 mit Antriebsrädern 8 des Fahrzeugs 1 verbunden.
2 zeigt schematisch ein Getriebe 4 gemäß einer Ausführungsform. Das Getriebe 4 umfasst eine Eingangswelle 12, die zum Verbinden mit der Antriebseinheit 6 durch eine steuerbare Kupplung 14 ausgebildet ist. Eine Hauptwelle 16 ist mit der Eingangswelle 12 verbindbar. Eine erste Rangegetriebegruppe RG1 ist mit der Hauptwelle 16 verbunden. Die erste Rangegetriebegruppe RG1 ist ein Planetengetriebe 19, das zwischen einer niedrigen Rangegetriebestellung und einer hohen Rangegetriebestellung wechseln kann. Eine Abtriebswelle 21 ist mit der ersten Rangegetriebegruppe RG1 verbindbar. Ein erstes Zahnradpaar G1 ist mit der Eingangswelle 12 verbunden. Das erste Zahnradpaar G1 ist durch eine erste axial verschiebbare Hülse 18 mit einer Vorgelegewelle 22 verbindbar. Ein zweites Zahnradpaar G2 ist durch eine zweite axial verschiebbare Hülse 20 mit der Hauptwelle 16 verbindbar. Die Vorgelegewelle 22 ist mit dem zweiten Zahnradpaar G2 verbindbar. Ein drittes Zahnradpaar G3 ist durch eine dritte axial verschiebbare Hülse 24 mit der Eingangswelle 12 verbindbar und mit der Vorgelegewelle 22 verbunden. Das dritte Zahnradpaar G3 und das erste Zahnradpaar G1 stellen eine Hauptgetriebegruppe MG im Getriebe 4 dar. Die Hauptgetriebegruppe MG umfasst ebenfalls ein vierte Zahnradpaar G4. Das vierte Zahnradpaar G4 ist durch die dritte axial verschiebbare Hülse 24 mit der Eingangswelle 12 verbindbar. Das vierte Zahnradpaar G4 ist ebenfalls mit der Vorgelegewelle 22 verbunden. Das dritte Zahnradpaar G3 und das zweite Zahnradpaar G2 stellen eine zweite Rangegetriebegruppe RG2 im Getriebe 4 dar.
Die Eingangswelle 12 ist dazu ausgebildet, sich in einem Teil von einem ersten Endstück 26 der Eingangswelle 12, das zum Anordnen außerhalb eines Getriebegehäuses 27 des Getriebes 4 ausgebildet ist, bis zu einem zweiten Endstück 28 der Eingangswelle 12 zu erstrecken, das zum drehbaren Verbinden mit der Hauptwelle 16 in einer Position zwischen erster und zweiter Rangegetriebegruppe RG1, RG2 ausgebildet ist.
Das dritte Zahnradpaar G3 umfasst ein drittes Zahnrad 30, das mit der Eingangswelle 12 verbindbar und von dieser trennbar ist. Das dritte Zahnrad 30 wird durch die erste axial verschiebbare Hülse 18 mit der Eingangswelle 12 verbunden und von dieser getrennt. Das dritte Zahnrad 30 ist drehbar in Bezug auf die Eingangswelle 12 angeordnet.
Das Planetengetriebe 19 umfasst ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und einen Planetenradträger 36, auf dem Planetenräder 38 drehbar montiert sind. Die Hauptwelle 16 ist mit dem Sonnenrad 34 verbunden. Der Planetenradträger 36 ist mit der Abtriebswelle 21 verbunden. In einer niedrigen Rangegetriebestellung können Hohlrad 32 und Getriebegehäuse 27 durch eine vierte axial verschiebbare Hülse 40 in Eingriff miteinander gebracht werden. In einer hohen Rangegetriebestellung können Hohlrad 32 und Planetenradträger 36 durch die vierte axial verschiebbare Hülse 40 in Eingriff miteinander gebracht werden.
Das axiale Verschieben der axial verschiebbaren Hülsen 18, 20, 24, 40 wird mit einer entsprechenden Schaltgabel 42, die in Verbindung mit den einzelnen Hülsen 18, 20, 24, 40 angeordnet ist, bewirkt. Die Schaltgabeln 42 werden von einzelnen Kraftmitteln 44, etwa einem pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Zylinder, gesteuert.
Das dritte Zahnrad 30 ist zum Verbinden mit der Hauptwelle 16 in einer hohen Rangegetriebestellung der zweiten Rangegetriebegruppe RG2 ausgebildet. Das zweite Zahnradpaar G2 umfasst ein zweites Zahnrad 46, das mit der Hauptwelle 16 verbindbar und von dieser trennbar ist. Das zweite Zahnrad 46 ist drehbar in Bezug auf die Hauptwelle 16 angeordnet. Das zweite Zahnrad 46 wird durch die zweite axial verschiebbare Hülse 20 mit der Hauptwelle 16 verbunden und von dieser getrennt.
Ein erstes Lager 48 ist zwischen der Hauptwelle 16 und einem Getriebegehäuse 27 des Getriebes 4 an einer Stelle zwischen der ersten und zweiten Rangegetriebegruppe RG1, RG2 angeordnet. Ein zweites Lager ist zwischen der Eingangswelle 12 und der Hauptwelle 16 angeordnet. Das zweite Lager 50 ist radial im ersten Lager 48 angeordnet.
Eine elektronische Steuervorrichtung 52 ist mit dem Getriebe 4, der Antriebseinheit 6 und der Kupplung 14 gekoppelt. Die Steuervorrichtung 52 steuert den Gangwechsel im Getriebe 4. Die Steuervorrichtung 52 kann ein Computer mit für diesen Zweck geeigneter Software sein. Eine Anzahl nicht dargestellter Drehzahlsensoren im Getriebe 4 und in der Antriebseinheit 6 können mit der Steuervorrichtung 52 verbunden sein. Die Steuervorrichtung 52 umfasst ein Computerprogramm P, das Routinen zum Steuern des Getriebes 4 der vorliegenden Offenbarung enthalten kann. Das Programm P kann in einer ausführbaren Form oder komprimierten Form in einem Speicher M und/oder einem Schreib/Lese-Speicher gespeichert sein. Ein Computerprogrammprodukt mit einem darauf gespeicherten Programmcode kann von einem computerlesbaren Medium bereitgestellt werden, um Gangwechsel im Getriebe 4 durchzuführen, wenn das Programm auf der Steuervorrichtung 52 ausgeführt wird. Der Programmcode kann nichtflüchtig auf dem computerlesbaren Medium gespeichert sein.
3 zeigt schematisch ein Getriebe 4 gemäß einer Ausführungsform. Die zweite Rangegetriebegruppe RG2 im Getriebe 4 ähnelt der in 2 dargestellten zweiten Rangegetriebegruppe RG2. Zusätzlich zu dem ersten, dritten und vierten Zahnrad G1, G3, G4 in der in 2 dargestellten Hauptgetriebegruppe MG umfasst aber die in 3 dargestellte Hauptgetriebegruppe MG auch ein fünftes Zahnradpaar G5. Das fünfte Zahnradpaar G5 ist mit der Eingangswelle 12 verbunden und durch die erste axial verschiebbare Hülse 18 mit der Vorgelegewelle 22 verbindbar.
Die erste Rangegetriebegruppe RG1 umfasst ein Planetengetriebe 19, das zwischen einer niedrigen Rangegetriebestellung, einer hohen Rangegetriebestellung und einer Rückwärtsgangstellung wechseln kann. Wenn das Planetengetriebe 19 in die Rückwärtsgangstellung geschaltet wird, dreht sich die Abtriebswelle 21 in der entgegengesetzten Richtung im Vergleich zu der Drehrichtung, wenn das Planetengetriebe 19 in hohe und niedrige Rangegetriebestellung geschaltet ist.
Das Planetengetriebe 19 in der ersten Rangegetriebegruppe RG1 umfasst ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und einen Planetenradträger 36, auf dem Planetenräder 38 drehbar montiert sind. Das Hohlrad 32 und Sonnenrad 34 sind zum Eingreifen in die Planetenräder 38 ausgebildet. Das Getriebegehäuse 27 umgibt das Planetengetriebe 19. Eine fünfte axial verschiebbare Hülse 54 ist zum selektiven Einrücken und Ausrücken des Hohlrads 32 in das / aus dem Getriebegehäuse 27 und zum selektiven Einrücken und Ausrücken des Hohlrads 32 und des Planetenradträgers 36 ineinander/auseinander ausgebildet. Eine sechste axial verschiebbare Hülse 56 ist zum selektiven Einrücken und Ausrücken der Abtriebswelle 21 in das / aus dem Hohlrad 32 und in den / aus dem Planetenradträger 36 ausgebildet. Eine siebte axial verschiebbare Hülse 58 ist zum selektiven Einrücken und Ausrücken des Sonnenrads 34 in den / aus dem Planetenradträger 36 ausgebildet. Die fünfte axial verschiebbare Hülse 54 ist in einer niedrigen Rangegetriebestellung zum Einrücken des Hohlrads 32 in das Getriebegehäuse 27 ausgebildet und in einer hohen Rangegetriebestellung zum Ausrücken des Hohlrads 32 aus dem Getriebegehäuse 27 ausgebildet. Die sechste axial verschiebbare Hülse 56 ist in sowohl der niedrigen als auch hohen Rangegetriebestellung zum Einrücken des Planetenradträgers 36 in die Abtriebswelle 21 ausgebildet. Die siebte axial verschiebbare Hülse 58 ist in der niedrigen Rangegetriebestellung zum Ausrücken des Sonnenrads 34 aus dem Planetenradträger 36 ausgebildet und in der hohen Rangegetriebestellung zum Einrücken des Sonnenrads 34 in den Planetenradträger 36 ausgebildet.
In der Rückwärtsgangstellung ist die fünfte axial verschiebbare Hülse 54 zum Einrücken des Planetenradträgers 36 in das Getriebegehäuse 27 ausgebildet, die sechste axial verschiebbare Hülse 56 ist zum Einrücken des Hohlrads 32 in die Abtriebswelle 21 ausgebildet und die siebte axial verschiebbare Hülse 58 ist zum Ausrücken des Sonnenrads 34 vom Planetenradträger 36 ausgebildet.
Die fünfte, sechste und siebte axial verschiebbaren Hülsen 54, 55, 58 werden durch einzeln angeordnete Schaltgabeln 42, die in Verbindung mit den axial verschiebbaren Hülsen 54, 55, 58 angeordnet sind, axial verschoben. Die Schaltgabeln 42 werden von Kraftmitteln 44, etwa einem pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Zylinder gesteuert.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen dient ausschließlich illustrativen und beschreibenden Zwecken. Sie soll nicht erschöpfend sein und auch nicht die Ausführungsformen auf die beschriebenen Varianten einschränken. Einem Fachmann sind viele Modifizierungen und Variationen offensichtlich. Die Ausführungsformen wurden so gewählt und beschrieben, dass sie Prinzipien und praktische Anwendungen optimal erläutern und dadurch einem Fachmann das Verständnis der Ausführungsformen in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und mit den verschiedenen Modifikationen, die für den jeweiligen Zweck anwendbar sind, ermöglichen. Die zuvor beschriebenen Komponenten und Merkmale können im Rahmen der Ausführungsformen zwischen verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Getriebe (4) für ein Fahrzeug (1), wobei das Getriebe (4) umfasst: eine zum Verbinden mit einer Antriebseinheit (6) ausgebildete Eingangswelle (12), wobei die Eingangswelle (12) über eine Vorgelegewelle (22) und ein mit einer Hauptwelle (16) verbindbares zweites Zahnradpaar (G2) mit der Hauptwelle (16) verbindbar ist; eine mit der Hauptwelle (16) verbundene erste Rangegetriebegruppe (RG1); eine mit der ersten Rangegetriebegruppe (RG1) verbundene Abtriebswelle (21); ein mit der Eingangswelle (12) verbundenes erstes Zahnradpaar (G1), wobei die Vorgelegewelle (22) mit dem ersten Zahnradpaar (G1) verbindbar und mit dem zweiten Zahnradpaar (G2) verbunden ist, und ein mit der Eingangswelle (12) verbindbares und mit der Vorgelegewelle (22) verbundenes drittes Zahnradpaar (G3), wobei das dritte Zahnradpaar (G3) zusammen mit dem ersten Zahnradpaar (G1) Getriebestufen in einer Hauptgetriebegruppe (MG) im Getriebe (4) darstellt und wobei das dritte Zahnradpaar (G3) zusammen mit dem zweiten Zahnradpaar (G2) eine zweite Rangegetriebegruppe (RG2) im Getriebe (4) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass - die Eingangswelle (12) dazu ausgebildet ist, sich in einem Teil von einem ersten Endstück (26) der Eingangswelle (12), das zum Anordnen außerhalb eines Getriebegehäuses (27) des Getriebes (4) ausgebildet ist, bis zu einem zweiten Endstück (28) der Eingangswelle (12) zu erstrecken, das zum drehbaren Verbinden mit der Hauptwelle (16) in einer Position zwischen erster und zweiter Rangegetriebegruppe (RG1, RG2) ausgebildet ist, - ein erstes Lager (48) zwischen der Hauptwelle (16) und einem Getriebegehäuse (27) des Getriebes (4) an einer Stelle zwischen der ersten und zweiten Rangegetriebegruppe (RG1, RG2) angeordnet ist, - ein zweites Lager (50) zwischen der Eingangswelle (12) und der Hauptwelle (16) angeordnet ist, und - das zweite Lager (50) radial im ersten Lager (48) angeordnet ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 1, wobei das dritte Zahnradpaar (G3) ein drittes Zahnrad (30) umfasst, das mit der Eingangswelle (12) verbindbar und von dieser trennbar ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 2, wobei das dritte Zahnrad (30) drehbar in Bezug auf die Eingangswelle (12) angeordnet ist.
Getriebe (4) nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei das dritte Zahnrad (30) zum Verbinden mit der Hauptwelle (16) in einer hohen Rangegetriebestellung der zweiten Rangegetriebegruppe (RG2) ausgebildet ist.
Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Zahnradpaar (G2) ein zweites Zahnrad (46) umfasst, das mit der Hauptwelle (16) verbindbar und von dieser trennbar ist.
Getriebe (4) nach Anspruch 5, wobei das zweite Zahnrad (46) drehbar in Bezug auf die Hauptwelle (16) angeordnet ist.
Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Rangegetriebegruppe (RG1) ein Planetengetriebe (19) ist, das zwischen einer niedrigen Rangegetriebestellung, einer hohen Rangegetriebestellung und einer Rückwärtsgangstellung wechseln kann.
Fahrzeug (1), wobei das Fahrzeug (1) ein Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.